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EEH. UD2 ENERGÍA EÓLICA
Lección 2: Aprovechamiento del recurso eólico
Damián Crespí LlorensMáquinas y Motores TérmicosIngeniería Mecánica y Energía
ÍndiceLección 2: Aprovechamiento del recurso eólico
1. Origen del viento a escala global y local
2. Rosa de los vientos
3. Potencia eólica disponible
4. Distribución de probabilidad del viento
5. Modelos de perfil vertical de viento
Origen del viento
● Radiación solar
Tierra ≈ esfera
Incidencia solarno homogénea
Diferencias densidad
aire
Diferencias presiónVIENTO
Diferencias térmicas
atmósfera
Fuerza de CoriolisAparece con: Velocidad perpendicular al eje de rotación
● Objeto: aceleración desde el punto de vista del observador en rotación
Fuerza de CoriolisAparece con: Velocidad partícula aleja/acerca al eje de rotación
Se acerca al eje:
Se aleja del eje:
En el ecuador nose da esta situación
¿Qué rasgos topográficos afectan al viento?
Efecto valle
NOCHE: AIRE MÁS DENSO DE ALTAS COTASDESCIENDE POR LA LADERA Y EL MÁS CALIENTE DEL VALLE, ASCIENDE
ÍndiceLección 2: Aprovechamiento del recurso eólico
1. Origen del viento a escala global y local
2. Rosa de los vientos
3. Potencia disponible
4. Distribución de probabilidad del viento
5. Modelos de perfil vertical de viento
Rosa de los vientos● Se confeccionan a partir de las medidas de los sensores
a lo largo de un periodo (1 año)
● Indican dirección del viento
DATOS DE VIENTO
Estación Barrancada “Caja Murcia”
Periodo: año 2000
8778 observaciones horarias.
Sin dato: 6 h
Velocidad media en cada dirección (dm/s) :
Rosa de los vientosVelocidad media en cada dirección (dm/s) :
Apantallamiento ~ 5%
Rosa de frecuencias
ÍndiceLección 2: Aprovechamiento del recurso eólico
1. Origen del viento a escala global y local
2. Rosa de los vientos
3. Potencia eólica disponible
4. Distribución de probabilidad del viento
5. Modelos de perfil vertical de viento
Potencia eólica disponible
● Ya sabemos cuál es la dirección del viento y su magnitud:
¿De cuanta potencia dispone el viento?
Potencia eólica disponible
Energía cinética
Masa de aire que atraviesa la sección “S”en tiempo “t”
Potencia disponibleDensidad de potenciadisponible
Parámetro objetivo para seleccióndel emplazamiento (no conocemos S todavía)
Potencia eólica disponible
Densidad de potenciadisponible
La potencia disponible aumenta con
el cubo de la velocidad
¿De qué variables depende?
● 1 - Densidad del aire
ρ=pRg T
Ec. GasesIdeales
ρ0=1,225 kg /m3Densidad del aire en condiciones de:15ºC1013,3 mbar
Energía disponible
Energía disponible
Energía calculada con V̄ 3
Permite conocer si el emplazamientoes idóneo o no lo es.
Factor de irregularidad permite conocer la variabilidad del viento:- A viento más variable, el valor se hace más grande.
ÍndiceLección 2: Aprovechamiento del recurso eólico
1. Origen del viento a escala global y local
2. Rosa de los vientos
3. Potencia eólica disponible
4. Distribución de probabilidad del viento
5. Modelos de perfil vertical de viento
c: factor de escala (dimensiones de velocidad)k: factor de forma (adimensional)
Ley de distribución de Weibull
Utilización de Weibull para el cálculo de la energía
● Hasta este punto sabemos como calcular la potencia/ energía recuperable:
c,k → → → V̄ y V̄ 3 P̄ / S Po
Seleccionado unaTurbina (Cp y S)
Potencia recuperable
OBJETIVO:¿c,k?
Métodos para determinar “c” y “k”● Método 1
– Disponible: ● datos de viento durante periodo largo ordenados por
intervalos de velocidades. ● Frecuencias acumuladas conocidas
– Haremos: Ajuste por mínimos cuadrados
Partimos Ec. Probabilidades acumuladas:
Métodos para determinar “c” y “k”● Método 2
– Disponible: ● Velocidad media● Desviación típica
– Obtendremos k y c mediante la expresión aproximada:
Weibull para vientos con calma● Si existen lecturas de vientos en calma
– : Probabilidad de vientos en calma (tpu)
– δ(V )= δ(V=0)=1
δ(V≠0)=0
F 0
Ley de Weibull a diferentes alturas
z a
● Medidas de viento suelen ser a altura inferior a la del buje (10 m).– Conocidos y a altura
– Buscamos: c y k a la altura del buje
cak a
Utilización de Weibull para el cálculo de la energía
● Hasta este punto sabemos como calcular la potencia/ energía recuperable:
c,k → → → V̄ y V̄ 3 P̄ / S Po
Seleccionado unaTurbina (Cp y S)
Potencia recuperable
OBJETIVO:¿c,k?
¿Como obtenemos la energíarecuperable?
Curva velocidades clasificadas● Es una curva temporal de velocidades
t
8760 horas
4380 horas
Cuantas horas al año tenemos garantizadasQue el viento va a tomar un valor mayor quevi
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1. Origen del viento a escala global y local
2. Rosa de los vientos
3. Potencia eólica disponible
4. Distribución de probabilidad del viento
5. Modelos de perfil vertical de viento